von Ricardo Olivares Vor 10 Jahren
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Barro Anódico
Los barros anódicos son un concentrado de metales preciosos generado durante la refinación electrolítica, realizada para fabricación de cátodos de cobre con 99,99% de pureza.
Estos componentes se depositan en el fondo de las celdas donde es realizada la refinación y reciben su nombre por su apariencia lodosa.
Se lavar y filtrar el barro para eliminar restos de ácido sulfúrico de la electrólisis.
Como tiene metales preciosos (Au, Ag, Pt, Pd), tienen un alto valor comercial.
Deben ser sometidos a un proceso de físico químico que permita separar estos componentes.
Los metales preciosos obtenidos de los barros anódicos son utilizados para la fabricación de joyas, monedas, catalizadores, etc.
El Proceso de Electrorefinación de Cobre, consiste en disolver, en una solución acuosa de sulfato de cobre (electrolito), el cobre impuro contenido en los ánodos y depositar sobre cátodos, mediante la aplicación de energía eléctrica, cobre de alta pureza.
Producir cobre de 99,99 + % de pureza a partir de ánodos producidos en los Procesos Pirometalúrgicos de Fundición.
‒El proceso consiste básicamente en reducir el nivel de magnetita de la escoria, lo que permite disminuir la viscosidad y decantar el metal blanco atrapado en la escoria.
‒Además, parte del cobre oxidado se puede reducir a cobre metálico, el cual decanta al fondo del horno.
‒El objetivo de este proceso es recuperar el cobre contenido en la escoria.
‒Las escorias enviadas a botadero varían entre 0,5% y 0,7% de Cobre.
El proceso consiste en una primera etapa en eliminar el azufre por oxidación con aire y luego eliminar el oxígeno disuelto en el líquido mediante inyección de combustibles al baño.
El objetivo de la refinación es disminuir el azufre y oxígeno presente en el cobre líquido a valores de 0,002% de azufre y 0,15% de oxígeno.
El proceso de conversión consiste primero en: - oxidar el sulfuro de hierro aún presente en el metal blanco. - oxidar el sulfuro de cobre, obteniéndose Cobre metálico como producto.
Producir cobre blister a partir de metal blanco
El proceso de fusión - conversión consiste
principalmente en las siguientes etapas :
– Descomposición
– Fusión
– Oxidación
– Formación de Metal Blanco
– Formación de Escoria
Escorificación
Los óxidos presentes en la fase líquida se combinan con la sílice formando la fase escoria. Ésta fase es inmiscible con el metal blanco. La escoria posee menor densidad que el metal blanco y se acumula en la zona superior del baño líquido.
Formación del metal blanco
Una vez que los sulfuros de cobre y hierro pasan a estado líquido, se mezclan entre sí formando la fase de metal blanco. Esta fase sulfurada es más densa que los óxidos silicatados presentes e inmiscibles en ellos, lo que permite la separación de sulfuros y óxidos
Oxidación
Las reacciones de oxidación que ocurren durante el proceso son exotérmicas (liberan calor), y aportan la energía necesaria, principalmente para las etapas de descomposición y fusión. La oxidación del sulfuro de hierro con aire, que se caracteriza por ser una reacción altamente exotérmica, produce fundamentalmente óxidos de hierro.
Fusión
En términos generales la fusión es el paso de los compuestos en estado sólido a líquido mediante el uso de calor.
En forma análoga, los óxidos presentes en el baño se funden pasando a la fase líquida. En las reacciones siguientes se muestra en forma específica el cambio de estado de la sílice, y en forma general la fusión de los demás óxidos (óxido de calcio, de magnesio, de aluminio, etc.).
Descomposición
La covelina y la pirita se descomponen producto de la inestabilidad que presentan a la temperatura de fusión.
Reacciones de descomposición
La calcopirita (CuFeS2), se desdobla debido a la alta temperatura existente en el Horno de Fusión-Conversión (1200 a 1250 C).
Produtos
Fase gaseosa
Formada básicamente por dióxido de azufre (SO2),
oxígeno (O2), nitrógeno (N2) y vapor de agua (H2O)
Fase escoria
La escoria de fusión está formada por óxidos
provenientes de la carga y óxidos formados por la
oxidación durante el proceso. Está constituida
principalmente por FeO, SiO2
, Fe3O4
, CaO, Al2O3
, MgO.
Fase Metal blanco
Solución líquida compuesta por una mezcla de súlfuros
de cobre y de hierro (Cu2S y FeS). La composición es de
70-75% Cu
Descomponer químicamente los concentrados para
obtener metal blanco (rico en Cu2S de color plata).
Materias primas
Gases
Aire y oxígeno.
Líquidos
Petróleo
Sólidos
Concentrado seco, sílice, circulante.
La flotación con espuma es un método usado principalmente para concentrar minerales.
Se basa en la afinidad que tiene la superficie de los minerales por burbujas de gas, cuando ambas han sido previamente preparadas con reactivos químicos.
Con pocas excepciones, podemos decir que los sólidos se mojan totalmente al sumergirse en agua, sin embargo, para que floten, la interfase sólida-agua, debe ser reemplazada por una interfase sólido-aire, esto se consigue agregando reactivos que modifican la superficie del sólido y la hacen repelente al agua de la superficie del sólido a favor del aire al cual se adhiere la partícula.
En general, el mineral cuando se moja, se hunde.
La flotación consistirá en hacer a estas partículas hidrofóbicas.
◦Hidrofobicidad: repelenencia al agua.
◦Fenómeno físico-químico de superficie que usa las diferencias de humectabilidad de las especie valiosas y las estériles y la separación de éstas se logra mediante la “hidrofobización” de las superficies valiosas y adhiriéndolas a burbujas de gas.
Flotación de súlfuros
Se necesita un espumante que mantenga las burbujas hechas por la agitación e inyección de aire en la pulpa, es decir la burbuja debe tener un tiempo de vida.
A pesar de todos los productos usados en flotación, ésta nunca será perfecta, siempre habrá arrastre de otros minerales y estériles o impurezas, es por esto que la ley de concentrado va de 20 a 35% de Cu.
Máquina de flotación
Volumen
Por lo tanto hay un compromiso entre flexibilidad y mantención.
En un circuito de flotación siempre hay una alimentación y dos salidas: un concentrado y una cola o relave.
Celdas pequeñas de flotación
A menor número de celdas, mayor posibilidad de que haya partículas que nunca se encuentren con los reactivos y menor flexibilidad en la operación.
◦Mayor flexibilidad de circuito
◦Menor cortocircuito
◦Mejor control de espuma
◦Menos sensible a fluctuaciones repentinas
◦Apropiadas para espumas pesadas o “lentas”.
Celdas de Gran volumen
A mayor número de celdas, mayor cantidad de piezas móviles y por lo tanto mayor requerimiento de mantención.
Riesgos
◦Cortocircuito de partículas de mineral.
◦Poca flexibilidad.
◦Problemas con rebalse de la espuma si se disminuye el área de espuma/volumen de la celda.
◦Menos costo de capital por unidad de volumen.
◦Menos área de piso ocupada.
◦Por su gran capacidad, se requieren pocas unidades y bajan los costos de instalación.
◦Se reduce el número de mecanismos y bajan los costos de operación y mantención (menor número de motores, canaletas, cañerías, bombas, sistemas de manejo de reactivos).
◦Menos consumo de potencia por tonelada de alimentación.
Tipos
Flotación en columnas
◦Concentrados más limpios, gracias a la posibilidad de usar agua de lavado.
◦Posibilidad de obtener un producto de mayor ley en una sola pasada (pero la recuperación puede verse afectada).
◦Menores áreas de piso y menores costos de construcción. Una columna equivale a 2 o 3 etapas de limpieza en celdas mecánicas.
◦Menores costos de capital y operación que las celdas mecánicas.
◦Circuitos de flotación simplificados.
Celdas de flotación mecánicas
◦Considerada el método tradicional o convencional de flotación
◦El impulsor rota en una celda o estanque
◦La agitación mantiene los sólidos en suspensión
◦El aire es introducido bajo el impulsor y es dividido en finas burbujas
◦La turbulencia en celda es suficiente para juntar partículas y burbujas.
Limitaciones
◦Atrapamiento de ganga en la espuma, produciendo un “concentrado sucio”.
◦Resulta difícil de obtener un producto de alta ley en una pasada.
◦Tiempo de residencia largos (2 a 15 minutos).
◦Costos de energía significativos por la multiplicidad de celdas agitadas.
Factores a considerar
Curva grado – recuperación obtenida para la celda, para una aplicación determinada.
Capacidad, en [ton/h] de alimentación por unidad de volumen o por unidad de área de suelo.
Costo de capital, incluyendo fundaciones, servicios e instrumentación.
Costo de operación, incluyendo consumo de potencia, mantención, mano de obra, reactivos, etc.
Factibilidad de operación, aceptabilidad del operador.
Facilidad de mantención.
Facilidad de puesta en marcha después de una falla mecánica.
Capacidades del equipo
◦Mantener todas las partículas en suspensión, lo que requiere que la velocidad con que suba la pulpa exceda la velocidad de decantación de todas las partículas presentes.
◦Asegurar que todas las partículas que entran a la máquina tengan la oportunidad de ser flotadas.
◦Dispersar burbujas finas de aire a través de la pulpa.
◦Promover el encuentro y choque de los elementos burbuja y partícula.
◦Promover suficiente profundidad de espuma para permitir que ocurra un drenaje adecuado de la ganga mecánicamente atrapada.
◦Hacer que las partículas que se han hecho hidrofóbicas entren en contacto y se adhieran a las burbujas de aire.
◦Que estas burbujas asciendan a la superficie y
◦Que formen una espuma, que será posteriormente removida.
Variables y condiciones
N
En cualquier proceso de concentración interesa cuantificar los resultados.
En flotación la cuantificación se realiza a través de la recuperación, que se refiere al rendimiento y a través de la razón de concentración que se refiere a la selectividad del proceso.
Recuperación (R): La recuperación es la parte de metal útil obtenida en el concentrado expresa en tanto por ciento.
Si definimos como:
◦A: Alimentación a: Ley de la alimentación
◦C: Concentración c: Ley del concentrado
◦B: Relaves b: Ley de relaves
R=((C*c)/(A*a))*100%
R=(c*(a-b)/(a*(c-b))
Esta fórmula permite calcular las recuperaciones sólo con
datos de la ley de cabeza de alimentación, concentrado y
relaves.
La razón de concentración (N): Expresa cuantas toneladas de
alimentación son necesarias para obtener una tonelada de
concentrado. Esta razón indica cuantas veces se concentró el
mineral o sea expresa en forma indirecta selectividad del
proceso.
Razón de concentraciones
N= A/C=(c-b)/(a-b)
Estudios para un mineral
◦Tipo, dosis, puntos y secuencia de adición de reactivos.
◦Tiempo de acondicionamiento y flotación en cada etapa.
◦Agitación de la pulpa
◦Densidad de la pulpa.
◦Temperatura
◦Altura de la espuma (2 a 5 cm).
◦Flujo y distribución de aire.
◦Calidad del agua que debe usarse. En lo posible, el agua que utilizará la planta industrial.
◦pH.
◦Granulometría de la alimentación y posibles problemas con las lamas.
Condiciones físico-mecánicas
Están determinadas por las características de la máquina de flotación en la creación de las condiciones físicas adecuadas.
Condiciones químicas
Están determinadas por la interacción de los reactivos químicos con las partículas de mineral, con el objeto de generar una hidrofobicidad selectiva.
Generalmente se tiene más de una etapa de flotación
◦Flotación primaria (Rougher)
◦Flotación de repaso o agotamiento (Scavenger)
◦Flotación de limpieza (Cleaner)
Activador
El mineral de Zn más común es ZnS (blenda o esfalerita) y siempre necesita un activador (CuSO4), pues su respuesta es muy débil a los colectores.
Depresor
El depresor ayuda a eliminar impurezas o estériles y también para separar un mineral en forma secuencial
◦Cu, Pb y Zn, puedo hacer tres tipos de flotaciones:
Flotación colectiva (bulk): recupero todos los elementos valiosos al mismo tiempo
Flotación diferencial: primero floto Cu (depresor de Pb y Zn), luego floto el Pb (depresor Zn) y finalmente floto el Zn.
Flotación semicolectiva (semibulk):
Concentrar Cu y Pb, depreso Zn
Concentrar Cu, depreso Pb y Zn
Pruebas Batch
Para la selección del espumante se realizan pruebas batch, en las que se deben ver dos variables:
◦Recuperación y
◦Ley de concentrado
Gral.
Por lo tanto, el pH de trabajo depende de la composición de la alimentación.
En el caso de minerales polimetálicos (más de dos especies valiosas a recuperar), se busca un pH de compromiso
Ejemplo: Cu, Mo y Au: el Au no se recupera bien a pH básico.
También se le agregan reguladores de pH (dependerá de cómo se trabaje mejor, en el caso del Cu, generalmente se trabaja a pH básico).
Después de la liberación, se agregan colectores (compuestos orgánicos) que dan hidrofobicidad a las partículas.
Factores principales de la flotación con espuma
Flotación
Tipo, dosificación, secuencia y puntos de adición de reactivos
Distribución granulométrica obtenida
Densidad de la pulpa
Forma, tamaño y peso específico de las partículas
pH de la pulpa
Tiempo de flotación en cada etapa
Altura de la espuma
Carga circulante
Tipo de celda, agitación, método de aireación
Temperatura de la pulpa.
Acondicionamiento
Tipo, dosificación y secuencia de adición de reactivos
Densidad de la pulpa
Agitación
Tiempo de acondicionamiento
Molienda y Clasificación
Dureza del mineral y la ganga (distribución granulométrica)
Contaminación con fierro u otros
Grado de oxidación en la molienda
Carga de circulante
Medio de molienda (barras, bolas, etc.)
Reactivos (tipos, dosis)
Naturaleza de la Mena
Composición mineralógica
Tipo de ganga asociada
Presencia de impurezas
Grado de oxidación
Grado de diseminación
Grado de liberación
Método de explotación
Variables que influyen en la flotación
Tipo de mineral
Diseminación del mineral en el depósito
Antigüedad (tiempo de contacto en el aire)
Altura del concentrador (disponibilidad de oxígeno)
Condiciones de chancado y molienda (liberación)
Porcentaje de sólidos en la pulpa
Temperatura de la pulpa
Tipo de colector
Cantidad de colector
Tipo de espumante
Cantidad de espumante
pH de la pulpa
Tipo de modificador (cal, cáustica, etc)
Cantidad de modificador
Tipo de activador
Tipo de depresor
Dureza del agua
Presencia de cationes de metales pesados
Punto de adición de los reactivos
Tiempo de acondicionamiento
Modelo y tipo de máquina de la flotación
Flujo de aire
Velocidad del impulsor
Tiempo de residencia de la pulpa
Ley v/s tiempo de flótación
Recuperación v/s tiempo de flotación
La recuperación se relaciona por la expresión:
ln R = k * t
k depende del tamaño de partícula y el grado de liberación del mineral.
Reactivos de flotación
Modificadores
Depresores
Reactivos químicos orgánicos o inorgánicos que impiden la acción del colector en la superficie del mineral.
Activadores
Reactivos químicos orgánicos o inorgánicos que ayudan al colector a adsorberse en la superficie del mineral a flotar
Modificadores de PH
Ácidos y bases (ej.: HCl, NaOH, etc.)
Espumantes
Reactivos químicos orgánicos del tipo surfactante, que se adiciona a la pulpa con el objetivo de estabilizar la espuma, en la cual se encuentra el mineral de interés.
Colectores
Reactivos químicos orgánicos del tipo surfactante, que tiene la propiedad de adsorberse selectivamente en la superficie de un mineral y lo transforma en hidrofóbico.
No Iónicos
Hidrocarburos no polares de estructuras variadas que no se disocian en agua
Iónicos
Aniónicos
El anión se orienta hacia la superficie mineral (varios solidófilos)
Sulfhidrilos
Basados en S bivalente
Oxidrilos
Grupo solidófilo basado en compuestos orgánicos o sulfo ácidos
Catiónicos
El catión se orienta hacia la superficie del mineral (grupo solidófilo) basado en nitrógeno pentavalente (aminas alquílicas (RNH), compuestos amoniacales cuaternaros (RR’R’’R’’’NH))
Tipos de flotación
Diferencial (Ejemplo: Cu-Pb-Zn,Cu-Mo)
Colectiva (Bulk)
Reversa (Recupera la ganga)
Directa (Recupera material valioso)
La concentración de minerales de cobre,
mediante el proceso de flotación, permite a
partir de un mineral con alrededor de 1% de
cobre (o menos) obtener un concentrado de
cobre de 20 a 30 % de Cu.
Separar los compuestos sulfurados de cobre
de la ganga contenida en los minerales.
El material extraído se pasa secuencialmente por:
‒ Chancadores Primarios (8”),
‒ Chancadores Secundarios (3”)
‒ Terciarios (<1/2”).
Luego, a través de molienda (húmeda, 66% sólidos),
el mineral es reducido en tamaño a valores del orden
de 0,1 mm.
Disminuir el tamaño de las rocas mineralizadas
triturándolas en Chancadores y Molinos.
• Esta es una operación simple, pero requiere
de una fusión y refinación posterior.
Solución de CuSO4
.
CuO + H2SO4
+ H2O CuSO4 + H2O
Al sulfato se le agrega chatarra de fierro
CuSO4 + Fe FeSO4 + Cu + H2SO4
El precipitado de cobre tiene aproximadamente 80 %
de cobre.
El Proceso de Electro-obtención de Cobre, consiste
en depositar el cobre disuelto en la solución acuosa
de sulfato de cobre (electrolito) sobre cátodos,
mediante la aplicación de energía eléctrica.
Producir cobre de 99,99 + % de pureza a partir del
electrolito de sulfato de cobre proveniente de la
etapa SX (extracción por solvente).
Ventajas
Se evita casi por completo que las impurezas de la solución de lixiviación pasen al electrolito.
Se produce un electrolito con suficiente concentración de cobre para la separación por electrólisis directa a partir de soluciones de lixiviación diluida.
• A la solución de sulfato de cobre (20 [gr/l]) se
le agrega un solvente orgánico.
• Una vez que se separan las fases, se obtiene
una solución acuosa con una concentración
de 40 a 50 [gr/l], la cual va a la etapa de
electro-obtención.
En un paso siguiente el cobre es reextraído desde el orgánico, obteniéndose una solución de sulfato de cobre de alta pureza.
La solución acuosa es puesta en contacto con un orgánico capaz de extraer desde ella el cobre que contiene.
El proceso SX es altamente selectivo.
Liberarlos en una solución de alta acidez, obteniéndose una solución de mayor concentración de cobre con menores impurezas (electrolito).
Capturar selectivamente los iones Cu+2 desde una solución de baja concentración impura
• El proceso de lixiviación se aplica principalmente a
minerales de cobre oxidados, a óxidos y sulfuros
de baja ley.
• El proceso de lixiviación consiste en la disolución
química de parte de la materia prima tratada para
formar una solución que contenga el metal que se
desea recuperar.
• La lixiviación disuelve elementos deseados y
también algunos no deseados, dejando un residuo
insoluble.
Sistemas de lixiviación
Agitación de minerales oxidados
Si la agitación es mecánica debe haber un agitador con paletas o por burbujeo, es mucho más barato.
La lixiviación por agitación es una lixiviación rápida de partículas finas (normalmente 90% - 75 micrometros) en soluciones concentradas de ácido. La lixiviación por agitación toma de 2 a 5 h.
Pilas
Se diferencia de la lixiviación en botaderos en que se emplea mineral extraído de la mina o procesado previamente, en vez de materiales de sobrecarga.
La lixiviación en pila es una lixiviación por percolación del mineral acopiado sobre una superficie impermeable, preparada para colectar las soluciones
Botaderos
Normalmente son de grandes dimensiones, requiere poca inversión y es económico de operar, pero la recuperación es baja (40-60% Cu) y necesita tiempos largos para extraer todo el metal.
Este material es depositado sobre superficies impermeables y las soluciones percolan a través del lecho por gravedad.
Consiste en lixiviar desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, los que, debido a sus bajas leyes, no pueden ser tratados por métodos convencionales.
In Situ
Es una operación lenta, de bajo costo y poco equipo.
Este tipo de técnica se refiere a la lixiviación de residuos fragmentados dejados en minas abandonadas o a la aplicación de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado.
Variables controlables
Tiempo de contacto
Tamaño de particula
Es importante que el tamaño sea el mínimo para ser disuelto
Agitación
Mejora la lixiviación
Concentración
Depende de la cantidad de cobre que se desea disolver
Temperatura
La temperatura afecta la lixiviación ya que a mayor temperatura
aumenta los procesos, pero no conviene porque lo que cuesta
calentar no compensa el beneficio
Disolvente
Para el cobre
Amoniaco
Elevado costo
No ataca el equipo
Muy selectivo
Ácido nítrico y ácido clorhídrico
Baja selectividad
Alto costo
Corrosivos
Normalmente ácido sulfúrico
Las ventajas principales del ácido sulfúrico son
su bajo costo y su acción rápida sobre los
minerales de cobre que contienen oxígeno.
Además, el ácido es en parte regenerado
cuando se lixivian minerales de sulfato o sulfuro.
Carcteristicas
Facilidad de manejo y neutralización
Disponibilidad
Selectividad
Capacidad para disolver
Tipo
Sales
Bases
Ácidos
Agua
Factores técnicos y económicos
Rentabilidad económica
Costos de operación y de capital
Capacidad de procesamiento
Consumo agente lixiviante
Caracterización mineralógica y geológica
Reservas de mineral
Ley de mineral
Cuando se usa
Cuando los minerales no responden bien a
procesos pirometalúrgicos
Bajo costo
Ley de mineral muy bajo
Simple de usar
Disolver el cobre contenido en los minerales
oxidados, mediante tratamiento de los
sólidos con soluciones de ácido sulfúrico,
proceso conocido como Lixiviación.
Purificar las soluciones de sulfato de cobre,
mediante Extracción por Solvente.
El material extraído pasa secuencialmente por
Chancadores Primarios (8 pulg) y Chancadores
Secundarios (tamaño mayor a ½ pulg).
Disminuir el tamaño de las rocas mineralizadas,
adecuándola a los requerimientos de tamaño del
proceso de lixiviación.
